EKG

Hast Du Dich schon mal gefragt, was es mit diesen Monitoren und seltsamen Kurven auf sich hat, die man aus Krankenhäusern kennt? Dabei handelt es sich um ein EKG. Das EKG gehört zu den Standard-Untersuchungsmethoden in der Medizin, da es eine schnelle und zuverlässige Beurteilung der Herzfunktion ermöglicht.

EKG erklärt

Wofür steht die Abkürzung EKG überhaupt? Hier eine kurze Definition:

Abbildung 1: EKG-Monitor im Krankenhaus, der Ergebnisse auf EKG-Papier druckt

EKG – Grundlagen

Zunächst solltest Du die Grundlagen der elektrischen Erregungsleitung verstehen. Hierfür sind folgende Grundbegriffe wichtig:

Erregungsleitungssystem des Herzens

Der Herzmuskel ist dafür verantwortlich, durch gleichmäßige Kontraktion und Erschlaffung Blut durch den Körper zu pumpen.

Aber wie schafft es das Herz, ein ganzes Leben lang den Kreislauf am Laufen zu halten? Dafür ist ein ausgeklügeltes Leitungssystem notwendig, das Erregungen schnell und rhythmisch übertragen kann. Im Folgenden werden die einzelnen Schritte ausgeführt:

Der primäre Schrittmacher des Herzens ist der Sinusknoten im rechten Vorhof. Seine Zellen haben die Fähigkeit, automatisch rhythmische Impulse zu erzeugen. Es handelt sich um Aktionspotenziale mit einer Frequenz von circa 60-80 Impulsen pro Minute.

Vom Sinusknoten gelangt die Erregung zum AV-Knoten. Ihn findet man ebenfalls im rechten Vorhof, jedoch tiefer als den Sinusknoten an der Trennwand (= Septum) der Vorhöfe. Der AV-Knoten ist zugleich der sekundäre Schrittmacher des Herzens. Fällt der Sinusknoten aus, so kann er ebenfalls 40-50 Impulse pro Minuten erzeugen. Dies ist jedoch nicht optimal.

Weiter geht es mit dem His-Bündel. Die sogenannte Ventilebene, auf der die Herzklappen liegen, dient als Barriere für elektrische Leitungen. Das His-Bündel ist nun dafür verantwortlich, diese Isolationszone zu überbrücken und somit eine Weiterleitung in die Kammern zu ermöglichen. Es kann ebenso eingeschränkt als Schrittmacher funktionieren, allerdings nur mit einer Eigenfrequenz von 20-30 Impulsen in der Minute. Um den Kreislauf dauerhaft aufrechtzuerhalten, ist das nicht ausreichend.

In der anschließenden Herzscheidewand teilt es sich schließlich in den linken und rechten Tawara-Schenkel auf. Der linke Tawara-Schenkel verzweigt sich noch weiter in einem vorderen und einem hinteren Faszikel.

In der anschließenden Herzscheidewand teilt es sich schließlich in den linken und rechten Tawara-Schenkel auf. Der linke Tawara-Schenkel verzweigt sich noch weiter in einem vorderen und einem hinteren Faszikel.

In der anschließenden Herzscheidewand teilt es sich schließlich in den linken und rechten Tawara-Schenkel auf. Der linke Tawara-Schenkel verzweigt sich noch weiter in einem vorderen und einem hinteren Faszikel.

Von den Purkinje-Fasern wird die Erregung dann auf die Herzmuskulatur übertragen. Diese spezialisierten Herzmuskelzellen sind die letzte Station, die ein Aktionspotenzial durchquert, bevor das Herz schlagen kann.

Elektrische Felder

Du hast schon gelesen, dass im Herzen Aktionspotenziale weitergeleitet werden. In eine Zelle nach der anderen strömen positive Ionen: Die Zellen depolarisieren. Weil die Depolarisation immer weiter getragen wird, kann man sich den Vorgang auch als "Fluss" von positiver Ladung vorstellen.

Die Umgebung der Zellen ist dabei im Vergleich negativ geladen, sodass ein elektrisches Feld entsteht.

Ein elektrisches Feld beschreibt die räumliche Verteilung von Ladungen. Da immer ein negativer und ein positiver Pol vorhanden sind, spricht man auch von Dipolen. Feldlinien verbinden diese zwei Pole. In der Physik verlaufen sie per Konvention immer vom positivem zu negativem Pol.

So bekommen die vielen Feldlinien, aus denen ein elektrisches Feld aufgebaut ist, eine Richtung: Es handelt sich um Vektoren im Raum.

Genau dieses extrazelluläre elektrische Feld von Dipolvektoren wird im EKG abgeleitet.

Integralvektor eines elektrischen Herzfeldes

Berechnung des Integralvektors

Diese vielen Vektoren im elektrischen Feld des Herzens sind jedoch schwer zu erfassen und die Erregung einzelner Zellen von außen nicht messbar. Allerdings lassen sich die einzelnen Dipole zu einem einzigen Integralvektor zusammenfassen, indem man sie summiert. Über ihn lässt sich ein elektrisches Feld von außen ableiten.

Während sich die Erregung immer weiter über das gesamte Herz ausbreitet, ändert sich auch immer wieder die Richtung der Übertragung im Raum. Genauso verändert auch der Intergralvektor entsprechend Richtung und Größe.

Ein Erregungsvektor ist nur dann messbar, wenn es auch Ladungsunterschiede, beziehungsweise eine Erregungsausbreitung oder -rückbildung gibt. Ist jede Herzmuskelzelle depolarisiert oder stagniert die Weiterleitung, lässt sich auch kein Dipol ableiten. In all diesen Fällen sieht man im EKG statt eines Ausschlages eine sogenannte isoelektrische Linie.

Integralvektor im EKG

Welche Faktoren bestimmen nun, wie groß der Vektor ist und wie er im EKG dargestellt wird?

Die Erregungsleitung in den Herzmuskelzellen kann auch als "Fluss" positiver Ladung verstanden werden. Diesen zeigt der Integralvektor an. Anders als die Feldlinien aus der Physik verläuft er also von Minus nach Plus.

Im EKG werden, in verschiedenen Anordnungen, positive und negative Elektroden verwendet, um das elektrische Feld abzuleiten.

Läuft nun der Integralvektor auf die positive Elektrode zu (also "fließt positive Ladung" in Richtung der positiven Elektrode), ist im EKG ein Ausschlag nach oben zu sehen. Führt der Vektor in die andere Richtung, von der positiven Elektrode weg, ist der Ausschlag negativ. Der Ausschlag ist ebenso positiv, wenn bei Erregungsrückbildung "negative Ladung in Richtung der negativen Elektrode fließt".

Abbildung 4: Zuordnung von Richtung der Erregungsausbreitung und Ausschlägen im EKG: Magenta = Integralvektor, Rot = Richtung der positiven Ladung, Blau = Richtung der negativen Ladung; Quelle: StudySmarter

So viel zur Richtung des Vektors und wie sich diese im EKG widerspiegelt. Wie bestimmt nun der Integralvektor, wie hoch der Ausschlag (Amplitude) ist?

Verläuft der Vektor genau parallel zur Ableitungsrichtung, so ist der Ausschlag am größten. Die Ableitungsrichtung ist eine gedachte, gerade Verbindungslinie zwischen den zwei Elektroden. Weicht der Integralvektor von dieser Richtung ab, wird die Amplitude entsprechend kleiner.

EKG – Ableitungen erklärt

Wo und wie viele Elektroden verwendet werden, kommt auf die Situation an. Will man sich nur kurz einen Überblick verschaffen, zum Beispiel bei einem Einsatz des Rettungsdienstes, so reichen manchmal auch weniger Elektroden.

Grundsätzlich kannst Du Dir die Elektrodenpositionen aber wie folgt merken:

• rechter Unterarm,
• linker Unterarm,
• linker Unterschenkel.

Zusätzlich ist eine Erdungselektrode am rechten Unterschenkel nötig.

Einen Überblick über die wichtigsten Ableitungsarten gibt es hier:

Extremitätenableitung nach Einthoven

Bei dieser Form wird zwischen zwei Elektroden abgeleitet. Man spricht deshalb auch von einem bipolaren Prozess. Die Ableitungsrichtung führt dabei immer von Minuspol zum Pluspol.

Wo werden die Ableitungen am Körper angebracht?

• Ableitung I führt vom rechten Arm zum linken Arm,
• Ableitung II vom rechten Arm zum linken Fuß,
• Ableitung III vom linken Arm zum linken Fuß.

Um sie später bei der Auswertung auf dem EKG-Papier wiederzufinden, werden die Ableitungen mit römischen Zahlen durchnummeriert.

Vereinfacht kann man diese Art der Ableitungen auch als gleichseitiges Dreieck betrachten.

Extremitätenableitung nach Goldberger

Die Extremitätenableitung nach Goldberger ist, im Gegensatz zur vorherigen Methode, unipolar: es wird nur eine Elektrode gegen einen bestimmten Punkt, den "Nullpunkt", abgeleitet.

Da der Körper so einen Punkt auf natürliche Weise eigentlich nicht bietet, werden zwei Elektroden durch einen Widerstand so zusammengeschaltet, dass sie einen indifferenten Punkt ergeben. Für eine Ableitung braucht es also insgesamt 3 Elektroden.

Hier werden die Ableitungen jeweils beginnend mit "aV" bezeichnet. Das steht für "augmented Voltage".So verlaufen sie:

• aVL in Richtung des linken Arms,
• aVF in Richtung des linken Fußes,
• aVR in Richtung des rechten Arms.

Brustwandableitungen nach Wilson

Zusätzlich gibt es die Brustwandableitungen nach Wilson, die die elektrische Aktivität, bezogen auf eine andere Ebene, untersuchen können. Zusammen mit den anderen Ableitungen lässt sich dadurch ein kompletteres Bild des Integralvektors im Raum darstellen.

Dazu werden 6 Elektroden von rechts nach links an bestimmten Positionen an der Brustwand befestigt. Sie werden gegen einen gedachten, negativen Bezugspunkt im Zentrum des Körpers abgeleitet, brauchen also kein äußeres "Gegenstück".

Die Ableitungen, die Du nun kennengelernt hast, sind ebenso die Standardableitungen zur EKG-Auswertung.

EKG-Kurven Erklärung

Du weißt jetzt, wie ein EKG die elektrische Aktivität im Herzen darstellt. Im Anschluss lernst Du, welches Segment der klassischen EKG-Kurve welchem Zeitpunkt der Erregungsleitung zuzuordnen ist.

Hierbei betrachtet man standardmäßig die Ableitung II. Das solltest Du wissen, wenn Du im folgendem Beispiel Amplitude und Richtung des Ausschlags nachvollziehst:

Anschließend kann der Zyklus erneut ablaufen.

EKG – Auswertung

Nachdem Du nun die Zuordnung der EKG-Segmente kennengelernt hast, soll es nun darum gehen, welche Kriterien man bei der Auswertung betrachten kann. Grundlegend solltest Du auf folgende Punkte achten:

Frequenz

Zunächst bestimmst Du Herzfrequenz und Rhythmus.

Normalerweise sind die Geräte selbst in der Lage, eine Herzfrequenz zu bestimmen, sodass man sie meist oben auf dem EKG-Papier findet. Ebenso ist es möglich, die QRS-Komplexe in einem bestimmten Abschnitt zu zählen und entsprechend hochzurechnen.

Das EKG-Papier ist in kleine und größere Quadrate gegliedert. Grundsätzlich gilt:

• x-Achse = Zeit
• y-Achse = Spannung

Oft liegt die Schreibgeschwindigkeit eines EKGs üblicherweise bei 50mm/s, aber auch 25 mm/s können vorkommen. Das heißt für die Interpretation:

In Ruhe schlägt das Herz bei einem gesunden Menschen etwa 60-80 Mal die Minute.

Rhythmus

Auch bei der Bestimmung des Rhythmus hilft dir das EKG-Papier mit seinen Kästchen im Hintergrund weiter. So kannst du besser einschätzen, wie regelmäßig das Herz schlägt.

Im Optimalfall liegt ein Sinusrhythmus vor. Dafür müssen folgende Fragen mit Ja beantwortet werden:

1. Gibt es normale P-Wellen?
2. Sind die P-P-Intervalle konstant?
3. Folgt den P-Wellen immer ein QRS-Komplex? Ist die Zeit zwischen P-Welle und Q-Zacke dabei normal?

Lagetyp

Der Lagetyp des Herzens lässt auf die elektrische Herzachse schließen. Diese liegt auf der Hauptausbreitungsrichtung der elektrischen Erregung und muss nicht zwingend identisch sein mit der anatomischen Herzachse. Besonders bei Erregungsausbreitungsstörungen können die Achsen voneinander abweichen.

Man unterscheidet zwischen:

• Indifferenz- Typ ("normal"),
• (Überdrehter) Linkstyp,
• (Überdrehter) Rechtstyp,
• Steiltyp.

Die Namen verraten, in welche Richtung die elektrische Herzachse beim entsprechenden Typ hin verlagert sind.Der Indifferenztyp verläuft in etwa parallel zu Ableitung II, der Steiltyp fast senkrecht.

Den Lagetyp zu bestimmen, ist nicht immer einfach. Als Ansatz vergleicht man verschiedene R-Zacken und QRS-Komplexe nach einem festgelegten System miteinander.

Auswertung einzelner Sequenzen im EKG

Wie Du weißt, gibt jedes Kurvensegment Aufschluss über eine andere Phase der Erregung. Deshalb ist es sinnvoll, die Sequenzen genauer zu analysieren, um Abweichungen von der Norm festzustellen. Dazu kann man vor allem die Dauer bestimmter Phasen betrachten. Diese sind einfach abzulesen, wenn man weiß, für welche Zeitspanne ein großes oder ein kleines Kästchen steht.

Auffälligkeiten im EKG

Abgesehen von den bereits genannten Punkten solltest Du auch immer auf weitere Auffälligkeiten achten.

Gibt es vielleicht Extrasystolen (ein zusätzlicher Herzschlag außerhalb des Rhythmus)? Gibt es möglicherweise eine ST-Hebung (bezogen auf den Abschnitt zwischen S-Zacke und T-Welle, handelt es sich um ein klassisches Zeichen für einen Herzinfarkt)?

EKG-Arten und EKG Ablauf

So wie es verschiedene Ableitungsmethoden gibt, so wird das EKG auch zu verschiedenen Zwecken anders eingesetzt.

12-Kanal-EKG

Das 12-Kanal-EKG gehört zur Standard-Diagnostik.

Hier werden 12 Ableitungen verwendet. Diese hast Du in diesem Artikel bereits kennengelernt. Die Kombination ist für die Diagnosestellung sehr gut geeignet.

Wie oben beschrieben, werden 6 Elektroden am Brustkorb und 4 Elektroden an Armen und Beinen platziert. Damit das problemlos funktioniert, sind sie farbig markiert:

• Rechter Arm: rote Elektrode.
• Linker Arm: gelbe Elektrode.
• Linkes Bein: grüne Elektrode.
• Rechtes Bein: schwarze Erdungselektrode.

Das 12-Kanal-EKG wird in sehr vielen Fällen angewendet und besonders auch dann, wenn man noch keinen konkreten Verdacht auf eine Diagnose hat.

Langzeit-EKG

Bei einem Langzeit-EKG wird meist ein Zeitraum von circa 24 Stunden abgedeckt. Es dient deshalb nicht der Basisdiagnostik, sondern ist besonders bei wiederkehrenden Krankheitsbildern oder zur Verlaufskontrolle relevant. Dazu gehören zum Beispiel Herzrhythmusstörungen oder Vorhofflimmern.

Da das EKG den Patienten über eine so lange Zeit begleitet, muss es bestimmte Voraussetzungen erfüllen. Bis zu 6 Elektroden werden auf dem Brustkorb platziert. Der verwendete EKG-Rekorder, der die Aufzeichnung übernimmt, muss kompakt und leicht zu transportieren sein. Die Patienten können ihn zum Beispiel am Gürtel befestigen oder um den Hals hängen.

Abbildung 9: Patient ist mit Elektroden und einem Gerät für ein Langzeit-EKG ausgestattet

Belastungs-EKG

Beim Belastungs-EKG werden die Herzaktivitäten während körperlicher Tätigkeit abgeleitet. Das ist vor allem bei Krankheiten relevant, die unter normalen Umständen im EKG noch nicht zu erkennen sind. Dazu gehören bestimmte Herzrhythmusstörungen sowie die koronare Herzkrankheit.

Auch zur Beurteilung der Fitness ist das Belastungs-EKG geeignet. Allerdings ist hier Vorsicht geboten: Es gibt Erkrankungen, bei denen die Durchführung Schaden verursachen könnte. Zum Beispiel ein noch nicht lange zurück liegender Herzinfarkt, kritische Herzrythmusstörungen, starker Bluthochdruck oder auch akute Infekte. In diesen Fällen sollte das Belastungs-EKG verschoben oder darauf verzichtet werden.

Auch beim Belastungs-EKG handelt es sich meist um ein 12-Kanal-EKG. Der Patient sitzt entweder auf einem Fahrradergometer oder läuft auf dem Laufband. Die Belastungsstufe (zum Beispiel die Schnelligkeit des Laufbandes) beginnt gering und wird alle 2 min gesteigert.

Nach etwa 15 Minuten ist der Test normalerweise vorbei. In Extremfällen, also bei sehr auffälligem EKG oder zu starker Erschöpfung des Patienten, kann allerdings auch vorzeitig abgebrochen werden.

Abbildung 10: Durchführung eines Belastungs-EKGs auf einem Laufband

Einkanal-EKG

Das Einkanal-EKG dient nur zur dauerhaften Überwachung von Patienten oder in akuten Notfallsituationen. Es wird lediglich eine Ableitung aufgezeichnet, wodurch es für eine umfassende Diagnostik ungeeignet ist.

Mögliche EKG-Diagnosen

Das Herz und der menschliche Kreislauf sind komplexe Systeme, in denen eine Vielzahl von Störungen auftreten können. Viele sind auch mithilfe eines EKGs diagnostizierbar. Hier ein paar Beispiele für Erkrankungen:

Vorhofflimmern

Das Herz und der menschliche Kreislauf sind komplexe Systeme, in denen eine Vielzahl von Störungen auftreten können. Viele sind auch mithilfe eines EKGs diagnostizierbar. Hier ein paar Beispiele für Erkrankungen:

Vorhofflimmern

Das Vorhofflimmern ist eine der häufigsten Rhythmusstörungen. Dabei ist die Erregung im Vorhof gestört, sodass sie unkoordiniert und schnell in die Herzkammern weitergeleitet wird. Die Frequenzen des Vorhofs können dabei Werte von bis zu 300/min erreichen.

Vorhofflimmern tritt eher bei älteren Personen auf und lässt sich zum Beispiel auf Herzinsuffizienz oder Bluthochdruck zurückführen. Oft bemerken die Betroffenen spürbares, rasendes Herzklopfen und leiden an Brustschmerz oder Luftnot. Der Puls ist meist unregelmäßig.

Im EKG zeigt sich bei Vorhofflimmern ein charakteristisches Bild: statt einer klaren P-Welle gibt es viele kleine Flimmerwellen und keinen Sinusrhythmus.

AV-Block

Bei einem AV-Block gibt es Probleme bei der Weiterleitung der elektrischen Erregung von den Vorhöfen in die Kammern. Dafür können sowohl AV-Knoten, His-Bündel als auch die Tawara-Schenkel verantwortlich sein.

Je nach Schweregrad werden drei verschiedene Typen unterschieden, bei denen man auch im EKG Unterschiede findet.

Während bei einem AV-Blick ersten Grades lediglich die PQ-Zeit auf über 200 ms verlängert ist, ist bei einem AV-Block dritten Grades die Überleitung komplett unterbrochen.

Die Kammern werden in diesem Fall durch einen selbst erzeugten, langsameren Ersatzrhythmus erregt. Im EKG sieht man das daran, dass P-Welle und QRS-Komplex vollkommen unabhängig voneinander sind.